焦作市挥发性有机物(VOCs)管控和治理现状及对策研究

2021-10-07朱利霞刘军军

焦作大学学报 2021年3期

张蓓朱利霞刘军军

（1.焦作大学，河南焦作 454000；2.焦作市环境安全管理与应急中心，河南焦作 454000）

在我国，对挥发性有机物(VOCs)的认定主要是指常温状态下容易挥发的有机化合物，常见的主要是一些卤代烃、含氧、含氮、含硫的有机化合物。VOCs毒性、致畸、致癌作用极强，对人体健康危害极大。VOCs产生于生产生活的各个方面，如各种燃料的燃烧、工业废气、汽车尾气等，主要以工业源为主。由于VOCs是臭氧和一些气溶胶如PM2.5形成的重要前体物，所以，在大气治理领域，挥发性有机物(VOCs)成为从国家到地方降低污染物浓度、改善空气质量的首要控制对象。就焦作市而言，受地理位置、自身产业结构、能源结构、交通运输结构的影响，使得VOCs排放成为焦作市臭氧污染、PM2.5浓度居高不下的一个重要来源。

1.研究背景

焦作市位于京津冀及周边地区大气污染传输通道城市末端，临汾渭平原，三面环山。特殊的地理位置既不利于本地大气污物的稀释和扩散，也使得京津冀上游城市输送的污染物易在本地积聚。

据2017年统计结果显示，焦作市挥发性有机物排放量1.737万吨，其中排放量较大的有10家企业，排放量占全市工业挥发性有机物排放总量的51.7%。近年来，焦作市采取了一系列的大气治污举措，颗粒物污染逐步改善，但臭氧超标问题凸显，连续多年超过国家二级标准，已成为影响焦作市夏季空气质量和优良天的首要污染物。挥发性有机物(VOCs)作为臭氧生成前体物，对其进行全过程控制和深度治理迫在眉睫。

2.焦作市VOCs排放情况和管控现状

2.1 焦作市VOCs排放情况

焦作市工业源VOCs排放量0.509万吨，占比29.3%；生活污染源0.435万吨，占比25.0%；移动源0.793万吨，占比45.7%。焦作市涉及挥发性有机物(VOCs)排放的企业1200余家。从工业污染源VOCs排放量、臭氧生产贡献、企业自身排放和治理现状看，焦作市挥发性有机物排放量较大的行业总共5个，分别是化工相关行业、橡胶和塑料制造业、医药生产行业、皮制品行业、纸制品行业，合计占工业源挥发性有机物排放量的80.6%，其中排放量最高的化工相关行业，其挥发性有机物产生量为5042.46吨，占比53.1%。橡胶和塑料制造业仅次之，排放量占比也在25%以上。焦作市挥发性有机物排放量前10家企业主要集中在化工、医药、纸加工行业，其总排放量占全市工业挥发性有机物总排放量的51.7%。总体去除率低，行业差别较大。

从区域上看，焦作市各县市区挥发性有机物排放量较高区域并未集中在主城区，具体情况见图1。为保证焦作市城区空气质量，除焦作市五城区外，和市区较近的博爱县、武陟县也同时被列为焦作市夏季臭氧污染防控工作重点防控区域。

图1 焦作市各县市区挥发性有机物排放量

2.2 焦作市VOCs管控现状

2.2.1 确定重点管控行业

根据焦作产业结构和实际排放情况，确定化工(制药、农药、涂料、油墨、胶黏剂、橡胶和塑料制品等)、工业涂装(汽车、家具、集装箱、电子产品、工程机械等)、包装印刷、电线电缆制造等行业为VOCs重点管控行业，另外，其他涉VOCs企业，若废气排放量大于3000m3/h或VOCs初始排放速率大于等于0.5千克/小时的，也在重点管控范围。

2.2.2 加强工业源污染管控

对于工业源污染，采取重点行业差异化管控的方法。在对重点行业企业进行VOCs绩效考核时，分别从源头替代、过程控制、末端治理情况进行绩效分类。对每一个行业涉及的企业进行分类，分别为第一类企业、第二类企业、第三类企业、第四类企业，不同类别的企业，管控要求不同，进行分类管控、差异化管控，强化重点时段VOCs污染管控。第一类企业，可自主采取减排措施；第二类及以下企业减排力度应不低于有关要求。对于夏季，要求企业制定管控“一厂一策”,特别是对使用活性炭作为尾气处理设施的企业，必须在“一厂一策”中明确活性炭更换周期。管控措施不符合相应绩效水平的,及时进行调整。

2.2.3 加强面源污染管控

焦作市面源污染管控主要涉及汽修行业、加油站、涉VOCs排放的户外施工作业、非道路移动机械污染。对汽修行业，对涂料、工艺、工作地点、废气收集、作业时间进行了要求；加油站落实错时装卸油，引导市民错峰加油；持续推进非道路移动机械备案管理，高排放非道路移动机械禁用区内禁止使用国二及以下排放阶段、未悬挂环保号牌以及超标排放的非道路移动机械，调整作业时间，避免高温时段作业。

2.2.4 加强执法帮扶、宣传教育引导、督导考核

焦作市整合执法、监测、行业专家等力量，组建了专门的执法帮扶队伍，实现主城区及邻近县的帮扶执法全覆盖。对涉VOCs企业，指导、引导他们树立VOCs减排观念，强化运行管理，对高环境绩效水平的企业，纳入监督执法正面清单；对不达标企业依法处罚,严厉查处违反VOCs“10个禁止”的违法行为，并对典型案例公开曝光。坚持精准执法，如在对VOCs废气收集环节进行执法时，重点检查集气罩的负压情况、外部集气罩的吸入风速、废气输送管道的密闭情况；污染治理环节重点检查动力消耗、活性炭和吸收液等物料的消耗、废弃吸附剂的处理处置情况等；停产检修的企业重点检查清洗、退料、吹扫、放空、晾晒等环节是否符合要求。加强监测，对重点企业进行监督性抽测，充分利用各种监测设备和监测手段，提升执法能力和效率。对VOCs特殊重点污染源进行专项执法督查，如汽修行业调漆、喷漆、汽车零部件清洗等涉VOCs作业点，储油库、加油站、油罐车油气回收装置，餐饮油烟和非道路移动机械等。

3.VOCs处理技术及焦作市VOCs治理现状

3.1 VOCs处理技术

对VOCs处理技术而言，目前已经成熟的有物理处理法，如：吸附、吸收、膜分离、冷凝技术等；化学处理法，如高温焚烧、催化燃烧、生物氧化、低温等离子体、光催化氧化等；生物处理法，如生物降解等，不同的方法有其适合的行业污染特征。物理处理法是非破坏性方法，即采用物理方法将VOCs回收，而化学处理法和生物处理法是通过生化反应将VOCs氧化分解掉[1]。

3.1.1 物理处理法

（1）吸附技术。此法是目前应用最为最广泛的VOCs回收法。它是用比表面积较大，吸附性能很强的物质作吸附剂[2]，对废气中的VOCs进行吸附，使废气得到净化。吸附技术能耗小，技术成熟，处理效率高，基本可以将废气中的VOCs吸附干净。此方法也有一些不足，如设备占地面积大，一般的吸附剂只适合处理低浓度VOCs废气。活性炭因其微孔结构，吸附能力强，是VOCs吸附处理中的常用吸附剂。处理后的活性炭对高中低浓度VOCs废气都有一定的吸附效果。

（2）吸收技术。此法是采用填料塔和喷淋塔的方式，对气流中的VOCs进行吸收的一种方法。这种方法适合处理高湿度废气，效率在95%以上，对各种浓度废气都适用，但是此法更换吸收剂的频率较高，因此费用高，过程复杂，应用较少。

（3）冷凝法。不同温度下物质的饱和蒸气压不同，冷凝法通过改变系统的温度和压力，从而改变废气中VOCs的状态，使处于气态的VOCs从废气中冷凝出来,从而实现分离。冷凝法适合处理高浓度VOCs废气（≥10000ppm)，常作为高浓度废气净化的前处理，降低后续处理的负荷。

3.1.2 化学处理法

（1）燃烧技术。该技术分为直接燃烧法和催化燃烧法。后者是在前者的基础上，在燃烧的过程中加入催化剂，以使待处理废气彻底氧化降解为CO2和H2O等。燃烧的过程可以很好地消除一些恶臭性的气体，同时可以回收热量。但是，此法只适合处理可燃性以及高温易分解废气，如化工、喷漆行业废气，应用此法效果良好。

（2）光分解法。此法是用一定波长的光直接照射有机废气或加入催化剂照射，使有机废气被氧化分解。该技术理论基础尚未完备，中间产物的二次污染有可能存在，再加上催化剂的固定、失活问题未有很好的解决方案，所以此法未得到商业化应用。

3.1.3 生物处理法

此法是将可溶性VOCs溶入水，利用微生物的生物降解作用，把废气中的VOCs转化为小分子的CO2、H2O等其他一些无机物。此法最显著的优点是无二次污染，安全、易操作。

3.1.4 新兴技术

（1）蓄热式燃烧技术。该技术是将燃烧尾气中的热量蓄积在具有高热容量的陶瓷蓄热体内，利用高温蓄热体直接加热待处理废气，分为蓄热式热力焚烧技术(RTO)和蓄热式催化燃烧技术(RCO)两种。

（2）低温等离子体技术。利用介质放电所产生的等离子体去破坏C-H、C=C或C-C键，从而破坏有机物的结构，使复杂的大分子有机污染物通过电离、裂解转变为一些小分子无害、低害物质。

3.2 焦作市工业源VOCs治理现状

按照国家、河南省以及焦作市对VOCs的控制要求，焦作市各企业采取了相应的末端治理措施，表1列出了焦作市部分VOCs重点企业尾气处理情况，从表1可以看到，一些企业治理手段使用 UV光氧、低温等离子，且也未和活性炭装置组合使用，低温等离子、光催化、光氧化等低效技术应用范围大，治污效果差。一些企业采用单一治理技术，由于VOCs成分复杂多样，单一处理技术很难将其清除彻底。